1.3.7. Сигналы импульсных устройств

Под электрическим импульсом понимают отклонение на­пряжения или тока от некоторого постоянного уровня (в частно­сти, от нулевого), наблюдаемое в течение времени, меньшего или сравнимого с длительностью переходных процессов в схеме.

Существует два вида импульсов: видеоимпульсы* и радиоим­пульсы.

В идеоимпульсы получают при коммутации цепи постоян­ного тока. Наиболее часто используют видеоимпульсы прямо­угольной (рис. 1.1, а), трапецеидальной (рис. 1.1, 6), экспоненци­альной (остроконечной) (рис. 1.1, в), пилообразной (рис. 1.1, г) и треугольной (рис. 1.1, д) форм. Различают видеоимпульсы положительной (рис. 1.1, а, б, г, д) и отрицательной (рис. 1.1, в) полярности, а также двусторонние — разнополярные — импуль­сы (рис. 1.1, е). Следует иметь в виду, что реальные импульсы не имеют формы, строго соответствующей названию.

Р

Рис. 1.2

адиоимпульсы (рис. 1.2) представляют собой кратковре­менные посылки синусоидального напряжения или тока. Они снимаются с выхода высокочастотного генератора, который управляется (модулируется) видеоимпульсами. Поэтому форма огибающей радиоимпульсов соответствует форме модулирую­щих видеоимпульсов. Радиоимпульсы (рис. 1.2) — результат мо­дуляции амплитуды высокочастотного колебания прямоуголь­ными видеоимпульсами.

1.3.8. Параметры импульсов

Импульсное колебание, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемой информацией, является сигналом. Такой сигнал относят к аналоговым, так как, в диапазоне своих изменений он может принимать любое значение. Устройства, в которых действуют электрические импульсы, называют импульс­ными.

В

Рис. 1.3

ведем понятие об основных парамет­рах импульсов на примере реального прямоугольного импульса (рис. 1.3).

Длительность. За активную длительность импульса t_{и а} принимают промежуток времени, измеренный на уровне, соот­ветствующем половине амплитуды. Иногда длительность им­пульсов определяют на уровне 0,1 U_m (0,1 I_m) или по основанию импульса. В дальнейшем, если это не оговорено, длительность импульса будет определяться по основанию и обозначаться t_и (см. рис. 1.1, а).

Длительность импульса выражается в единицах времени: се­кундах (с), миллисекундах (мс), микросекундах (мкс) и наносекун­дах (нс)*.

Амплитуда. Наибольшее значение напряжения или тока им­пульса данной формы является его амплитудой. Амплитуда им­пульса U_m (I_m) выражается в вольтах (В), киловольтах (кВ), мил­ливольтах (мВ), микровольтах (мкВ) или амперах (А), миллиам­перах (мА), микроамперах (мкА).

Длительность и крутизна фронта импульса. Импульс имеет передний фронт и срез, последний также называют за­дним фронтом.

Длительность переднего фронта импульса определяется вре­менем нарастания импульса, а длительность среза — временем спада импульса.

Наиболее часто пользуются понятием активной длительности фронта t_ф, за которую принимают время нарастания импульса от 0,1 U_m до 0,9 U_m; аналогично, длительность среза t_c — время спада импульса от 0,9 U_m до 0,1 U_m (рис. 1.3).

Обычно длительность t_ф и t_с составляет единицы процентов от длительности импульса. Чем меньше t_ф и t_с по сравнению с t_и, тем больше форма импульса приближается к прямоугольной. Иногда вместо t_ф и t_с фронты импульса характеризуют скоростью нарас­тания (спада). Эту величину называют крутизной S фронта (среза) и выражают в вольтах в секунду (В/с), киловольтах в се­кунду (кВ/с) и т. д. Для прямоугольного импульса приближенно S= U_m/t_ф.

Участок импульса (рис. 1.3) между фронтами называют плос­кой вершиной. На рисунке показан спад плоской вершины (∆U), а также отрицательный выброс.

Мощность в импульсе. Энергия W импульса, отнесенная к его длительности, определяет мощность в импульсе: Ри= W/ t_и. Она выражается в ваттах (Вт), киловаттах (кВт).

Период повторения импульсов. Импульсы, повторяю­щиеся через равные промежутки времени, образуют периодичес­кую последовательность. Промежуток времени между началом двух соседних однополярных импульсов (см. рис. 1.1) называют периодом повторения (следования) импульсов. Он выражается в единицах времени: с, мс, мкс.

Величину, обратную периоду повторения, называют частотой повторения (следования) импульсов ƒ. Она определяет количество периодов в течение 1 с и выражается в герцах (Гц), килогерцах (кГц) и т. д.

Коэффициент заполнения. Часть периода Т занимает па­уза — отрезок времени между окончанием и началом двух сосед­них импульсов (см. рис. 1.1, а), т. е. t_и = T—t_n.

Отношение длительности импульса к периоду повторения называют коэффициентом заполнения: у = t_и /T. Коэффици­ент заполнения — величина безразмерная, меньшая единицы.

Величину, обратную коэффициенту заполнения, называют скважностью импульсов:

q = 1/у = Т/ t_и Скважность тоже безразмерная величина, но большая едини­цы. Например, для последовательности импульсов на рис. 1.1., e q = 2.

С реднее значение импульсного колебания. При опре­делении среднего за период значения импульсного колебания U_ср. (I_ср.) импульс напряжения или тока распределяют равномерно на весь период так, чтобы площадь прямоугольника I_срT (Рис. 1.4) была равна площади импульса S_и.

Т

Рис.1.4.

ак, для прямоугольного импульса S_и = I_m t_и и I_ср. = I_m t_и/Т =I_my = I_m/ q, т. е. среднее значение тока (напряжения) прямоугольного импульсного колеба­ния в q раз меньше амплитудного.

Средняя мощность. Энергия W импульса, отнесенная к периоду Т, определяет среднюю мощность импульса: Р_ср = W/ Т.

Сравнивая выражения Р_и и Р_ср получим:

Р_и t_и =Р_ср Т, Р_и = Р_ср Т / t_и =Р_ср q и Р_ср = Р_и t_и / Т =Р_и/ q,

Т.е. средняя мощность и мощность в импульсе отличаются в q раз. Отсюда следует, что мощность в импульсе, которую обеспечивает генератор, может в q раз превосходить среднюю мощность генератора